基于LBM方法的风力发电机尾流结构仿真

针对传统CFD数值计算方法难以实现风力机动态旋转及其旋转状态下的流固耦合计算,本文结合格子玻尔兹曼(LBM)方法易于处理动态复杂边界的特点及大涡模拟(LES)方法在非稳态涡流结构捕捉上的优势,采用LBM-LES联合方法进行三维风力发电机整机气动性能及尾流结构仿真研究,同时采用尺度自适应方法对尾涡结构进行跟踪和精细化计算。针对NREL PhaseⅥ型试验机进行模拟,得到了与实验结果吻合的流动形态及尾流结构演变规律,分析了尾流区速度演变规律并对比了不同亚格子湍流模型对计算结果的影响.     

三维格子Boltzmann方法研究上升双气泡的运动特性

应用格子Boltzmann三维模型，对双气泡在静水中的运动进行数值研究.采用八点差分和十八点差分格式分别求解一阶▽φ和二阶▽²φ可以有效避免气液密度比过大造成的数值不稳定问题.结果表明：当两个相同直径的气泡在上升时，位置靠上的气泡形状变化像单气泡上升一样，而位置靠下的气泡会受到前一个气泡尾迹的影响，并有很明显的形状变化.当两个气泡直径不同时，不管初始位置如何，大气泡总会对小气泡造成强烈的影响.     

超短激光打孔中快速相变的格子玻尔兹曼模拟

采用双重分布函数的格子玻尔兹曼模型，对单脉冲激光金属打孔过程中的快速相变传热进行研究.模型考虑了金属材料熔化后熔体的流动换热，并采用浸没移动边界方案对过程中的固液界面进行追踪.采用纯导热模型和考虑对流的换热模型计算，将结果和试验进行对比，结果表明：在激光打孔过程中熔体的流动对相变传热产生较大影响，采用考虑流动换热模型的结果与实验更接近.进而对熔化速度、熔化深度以及温度场的变化进行分析，并探讨不同激光工艺参数对相变过程的影响.模拟发现一个脉冲结束后，激光的脉宽越大，孔深越小，孔径越大，且最高温度较短脉冲激光越低.     

嵌段共聚物相容剂对聚合物共混体系力学性能影响的连续介观模拟

结合介观动力学方法和三维弹簧格子模型, 研究了嵌段共聚物相容剂对相容性较差的聚合物二元共混体系力学性能的影响. 在适当范围内不断增加嵌段共聚物相容剂的用量, 研究了相容剂含量对体系杨氏模数及拉伸强度的影响, 同时也对不同体系材料的破碎位点进行了分析. 结果表明, 未加入相容剂的二元共混体系在拉伸模拟中表现出较低的拉伸强度, 而适量添加相容剂可以显著提升材料的拉伸强度, 随着相容剂含量的增加, 共混体系的破碎位点会发生转移并最终改善材料的整体性能. 而相容剂的加入对体系杨氏模数的影响较小. 该连续模拟方法为关联聚合物复合体系的微观结构和宏观力学性能提供了一条高效的途径.     

受限于两平行板间的对称星形共聚物Am Bm熔体相行为的格子自洽场理论研究

采用格子自洽场理论计算研究了受限于2个平行板间的对称星形共聚物AmBm(m=1,2,3,4,5)熔体形成的层状相结构.在给定的相互作用下(χNAB不变,χ为Flory-Huggins相互作用参数,NAB=(N?1)/m为单个聚合物分子中一对AB臂的总链节数目),针对平行板间距为体相周期的情况,系统考察了共聚物链长N和单个聚合物分子中A(或B)臂数目m对受限层结构细节及层取向的影响.由计算结果,当N或NAB不变时,受限层的归一化界面宽度随m的增大而减小.受限板为中性时,垂直层结构的单链自由能比平行层结构的低.随着板对共聚物中一种嵌段的选择作用Λ的增大,体系发生垂直层到平行层的转变,该转变为一阶相变.当m不变时,N越小,上述转变出现在越大的Λ值处,体系越容易保持垂直层结构.并且N越小,层状结构周期越小.当N或NAB不变时,m越大体系越容易保持垂直层结构.总之,星形共聚物的链长越短、臂数越多时,垂直层稳定的Λ区间越大、层状结构的界面宽度越小.这些结论可以指导刻蚀应用中对体系参数的选择.     

充分发展湍流场中Pr数对被动标量输运的影响

采用直接数值模拟方法,研究壁湍流中分子Pr数对湍流被动标量输运的影响.发现在槽道湍流的外层,湍流雷诺平均普朗特数PrT与分子普朗特数的倒数呈线性关系;湍流亚格子普朗特数PrT与分子普朗特数的关系较为复杂,在分子普朗特数为1附近时,湍流亚格子Prt数出现极小值.     

Theoretical statistical solution and numerical simulation of heterogeneous brittle materials

The analytical stress-strain relation with heterogeneous parameters is derived for theheterogeneous brittle materials under a uniaxial extensional load, in which the distributions of theelastic modulus and the failure strength are assumed to be statistically independent. This theoreticalsolution gives an approximate estimate of the equivalent stress-strain relations for 3-D heterogeneousmaterials. In one-dimensional cases it may provide comparatively accurate results. The theoreticalsolution can help us to explain how the heterogeneity influences the mechanical behaviors, Further, anumerical approach is developed to model the non-linear behavior of three-dimensional heterogeneousbrittle materials. The lattice approach and statistical techniques are applied to simulate the initialheterogeneity of heterogeneous materials. The load increment in each loading stage is adaptivelydetermined so that the better approximation of the failure process can be realized. When the maximumtensile principal strain exceeds the failure strain, the elements are considered to be broken, which canbe carried out by replacing its Young‘s modulus with a very small value. A 3-D heterogeneous brittlematerial specimen is simulated during a full failure process. The numerical results are in good agreementwith the analytical solutions and experimental data.     

亚临界雷诺数下圆柱绕流的大涡模拟

本文应用Smagorinsky涡粘性模式和二阶精度的有限体积法对圆柱绕流的流场进行大涡模拟．求解了非正交曲线坐标系下的N-S方程,对雷诺数为100和20000的工况进行了计算．计算结果与实验及动力涡粘性模式的结果进行了比较,表明计算对于层流及高亚临界雷诺数的湍流流动是合理的